(57)【要約】【課題】  粉体を静電気力によってその表面に対して相対移動させて搬送する粉体静電搬送部材を有する粉体搬送装置について、粉体静電搬送部材の表面に搬送する粉体の搬送量を正確に検知することができる粉体搬送装置と、この粉体搬送装置を備えた現像装置及び画像形成装置を提供する。【解決手段】  潜像担持体である感光体１に対向して配置され、前記トナーを移動させる進行波電界を発生させるための複数の電極を備えた粉体静電搬送部材である静電搬送ローラ２及び搬送電源１１からなる粉体搬送装置を備え、感光体１上の潜像を現像する現像装置５４１で、静電搬送ローラ２上を移動するトナーの量を検知するトナー搬送量検知手段である第一搬送量検知センサ３０及び第二搬送量検知センサ３１を、静電搬送ローラ２上に設けた。【選択図】  図１３
2007033863.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面上に粉体を担持し、該粉体を静電気力によって搬送するための電界を発生させる複数の搬送電極を備える粉体静電搬送部材を有する粉体搬送装置において、
該粉体静電搬送部材の表面上を移動する粉体の量を検知する粉体搬送量検知手段を有することを特徴とする粉体搬送装置。
【請求項２】
請求項１の粉体搬送装置において、
上記粉体搬送量検知手段は、光源及び光量を検知する受光部からなる光学センサであることを特徴とする粉体搬送装置。
【請求項３】
請求項２の粉体搬送装置において、
上記粉体静電搬送部材の少なくとも一部は上記光源から照射される光を透過する光透過部であり、該光源と上記受光部とは該光透過部を挟んで対抗する位置に配置することを特徴とする粉体搬送装置。
【請求項４】
トナー搬送手段に設けられたトナー静電搬送部材の表面上に存在するトナーを静電気力によって該表面に対して相対移動させながら潜像担持体との対向位置に搬送して、該潜像担持体に担持される潜像を現像する現像装置において、
該トナー搬送手段として請求項１、２または３の粉体搬送装置を用い、上記粉体搬送量検知手段がトナーの搬送量を検知するトナー搬送量検知手段であることを特徴とする現像装置。
【請求項５】
請求項４の現像装置において、
上記搬送電極には、上記潜像担持体上の上記潜像が担持された画像部に対しては上記トナーが該潜像担持体側に向かい、該潜像担持体上の非画像部に対しては該トナーが該潜像担持体側とは反対側に向かう方向の電界を形成する複数相の電圧を印加することを特徴とする現像装置。
【請求項６】
請求項４または５の現像装置において、
上記トナー搬送量検知手段の検知結果に基づいて上記トナー搬送手段に供給するトナーの量を調節することを特徴とする現像装置。
【請求項７】
請求項４、５または６の現像装置において、
上記トナー搬送量検知手段を上記トナー静電搬送部材の上記潜像担持体との対向位置よりも上記トナー搬送方向下流側に設けることを特徴とする現像装置。
【請求項８】
請求項７の現像装置において、
上記トナー静電搬送部材の上記潜像担持体との対向位置よりも上記トナー搬送方向下流側に設けた上記トナー搬送量検知手段より、現像に使用された現像トナー量を検知し、該現像トナー量に基づいて上記トナー搬送手段に供給するトナーの量を調節することを特徴とする現像装置。
【請求項９】
潜像を担持する潜像担持体と、該潜像担持体上の潜像をトナー像に現像する現像手段とを備える画像形成装置において、
該現像手段として、請求項４、５、６、７及び８の現像装置を用いることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉体静電搬送手段の表面上の粉体を静電気力によってその表面に対して相対移動させて搬送する粉体搬送装置、並びに、これを用いる現像装置、及び画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置としては、特許文献１や特許文献２に記載のものが知られている。これらの画像形成装置では、潜像担持体に潜像を形成し、この潜像に粉体であるトナーを付着させて現像してトナー像として可視像化し、このトナー像を記録媒体に転写し、或いは中間転写部材に一旦転写した後に記録媒体に転写することで画像を形成する。このような画像形成装置では、潜像を現像する現像装置としては、従来から、現像装置内で攪拌されたトナーを現像剤担持体である現像ローラ表面に担持し、現像ローラを回転させることによって潜像担持体の表面に対向する位置まで搬送し、潜像担持体の潜像を現像する。そして、現像終了後、潜像担持体に転写しなかったトナーは現像ローラの回転により現像装置内に回収し、トナーを攪拌・帯電して再び現像ローラに担持して搬送する。
【０００３】
かかる構成では、トナーが表面移動する現像剤担持体と潜像担持体との間で擦れ、何れか一方の表面に固着して、画像に悪影響を及ぼすことがあった。また、現像領域において、トナーを現像剤担持体の表面と潜像担持体上の静電潜像との電位差によって静電移動させるのであるが、この電位差を相当に大きくしなければならなかった。静電移動の開始に先立って、ファンデルワールス力や鏡像力等によるトナーと現像剤担持体との付着力に打ち勝つだけの力をトナーに付与して付着状態を解く必要があり、そのために大きな静電気力を必要とするからである。
【０００４】
一方、画像形成装置としては、特許文献３に記載のように、表面移動する現像剤担持体を用いずに潜像担持体上の潜像を現像するものも知られている。これらの画像形成装置の現像装置は、複数の搬送電極が所定ピッチで配設された搬送電極搭載部材としてのトナー静電搬送基板を有している。このように、トナー静電搬送基板を用いてトナーを現像領域に搬送することで、表面移動する現像剤担持体を用いた構成にくらべて低電位現像を行うことが可能である。
【０００５】
なお、現像装置においては、安定した画像濃度を得るためには、現像領域に安定した量のトナーを供給する必要がある。
現像ローラなどの表面移動する現像剤担持体を用いて現像する特許文献１等では、感光体上の非画像部にパターン画像を形成し、パターン画像の濃度を検知し、その検知結果に基づいて現像ローラに供給するトナーの量を調節し、現像領域に供給するトナーの量を安定させようとしている。
一方、トナー静電搬送基板を用いて現像する特許文献３でも、同様に感光体上の非画像部にパターン画像を形成し、パターン画像の濃度を検知し、その検知結果に基づいてトナー静電搬送基板に供給するトナーの量を調節し、現像領域に供給するトナーの量を安定させようとている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２７９８２９号公報
【特許文献２】特開２００４−１３９０３８号公報
【特許文献３】特開２００４−１７０７９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、現像領域に供給されるトナーの量を検知するにあたり、感光体上にパターン画像を形成し、検知する方法には以下のような問題が生じる。すなわち、感光体上のパターン画像へのトナーの付着量は現像領域へのトナーの搬送量のみならず、感光体の静電特性、帯電、露光の状態などに影響される。よって、トナー静電搬送基板に供給するトナーの量を調節するにあたり、現像領域に供給されるトナーの量を検知することが望まれる。また、トナー静電搬送基板のようにトナーを搬送するものに限らず、粉体を静電気力によってその表面に対して相対移動させて、搬送する粉体静電搬送部材においては、その搬送量を検知できることが好ましい。
【０００８】
本発明は、以上の問題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、粉体を静電気力によってその表面に対して相対移動させて搬送する粉体静電搬送部材を有する粉体搬送装置について、粉体静電搬送部材の表面に搬送する粉体の搬送量を正確に検知することができる粉体搬送装置と、この粉体搬送装置を備えた現像装置及び画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、表面上に粉体を担持し、該粉体を静電気力によって搬送するための電界を発生させる複数の搬送電極を備える粉体静電搬送部材を有する粉体搬送装置において、該粉体静電搬送部材の表面上を移動する粉体の量を検知する粉体搬送量検知手段を有することを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、請求項１の粉体搬送装置において、上記粉体搬送量検知手段は、光源及び光量を検知する受光部からなる光学センサであることを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、請求項２の粉体搬送装置において、上記粉体静電搬送部材の少なくとも一部は上記光源から照射される光を透過する光透過部であり、該光源と上記受光部とは該光透過部を挟んで対抗する位置に配置することを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、トナー搬送手段に設けられたトナー静電搬送部材の表面上に存在するトナーを静電気力によって該表面に対して相対移動させながら潜像担持体との対向位置に搬送して、該潜像担持体に担持される潜像を現像する現像装置において、該トナー搬送手段として請求項１、２または３の粉体搬送装置を用い、上記粉体搬送量検知手段がトナーの搬送量を検知するトナー搬送量検知手段であることを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、請求項４の現像装置において、上記搬送電極には、上記潜像担持体上の上記潜像が担持された画像部に対しては上記トナーが該潜像担持体側に向かい、該潜像担持体上の非画像部に対しては該トナーが該潜像担持体側とは反対側に向かう方向の電界を形成する複数相の電圧を印加することを特徴とするものである。
また、請求項６の発明は、請求項４または５の現像装置において、上記トナー搬送量検知手段の検知結果に基づいて上記トナー搬送手段に供給するトナーの量を調節することを特徴とするものである。
また、請求項７の発明は、請求項４、５または６の現像装置において、上記トナー搬送量検知手段を上記トナー静電搬送部材の上記潜像担持体との対向位置よりも上記トナー搬送方向下流側に設けることを特徴とするものである。
また、請求項８の発明は、請求項７の現像装置において、上記トナー静電搬送部材の上記潜像担持体との対向位置よりも上記トナー搬送方向下流側に設けた上記トナー搬送量検知手段より、現像に使用された現像トナー量を検知し、該現像トナー量に基づいて上記トナー搬送手段に供給するトナーの量を調節することを特徴とするものである。
また、請求項９の発明は、潜像を担持する潜像担持体と、該潜像担持体上の潜像をトナー像に現像する現像手段とを備える画像形成装置において、該現像手段として、請求項４、５、６、７及び８の現像装置を用いることを特徴とするものである。
【００１０】
上記請求項１乃至９の粉体搬送装置においては、粉体静電搬送部材の表面を移動する粉体の量を検知する粉体搬送量検知手段を有するので、その表面に搬送する粉体の量を直接検知することができる。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１乃至９の発明によれば、粉体搬送部材の表面に搬送する粉体の量を直接検知することができるので、その表面の粉体の搬送量を正確に検知することができるという優れた効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
［実施形態１］
以下、本発明を電子写真方式の画像形成装置であるレーザープリンタ（以下、単にプリンタ５１０という）に適用した実施形態１について説明する。
図１は実施形態１に係るプリンタ５１０の概略構成図である。
プリンタ５１０では、像担持体としての感光体１Ｋ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｙ、帯電手段、現像手段としての現像装置及び像担持体のクリーニング手段を備えた作像手段である作像ユニット５０１Ｋ、５０１Ｍ、５０１Ｃ、５０１Ｙを備えている。作像ユニット５０１Ｋ、５０１Ｍ、５０１Ｃ、５０１Ｙは記録体搬送部材である転写材搬送ベルト５０３の張架面の側方に垂直に並んで配置されている。これら作像ユニットの番号に付したＫ，Ｍ，Ｃ，Ｙという添え字は扱うトナーの色と対応させているもので、Ｋはブラック、Ｍはマゼンタ、Ｃはシアン、Ｙはイエローを意味している。プリンタ５１０内の各部材にも同様の添字を付している。以下、特に扱うトナーの色を区別しないときには単に「作像ユニット５０１」という。また、他の部材についても同様である。
作像ユニット５０１Ｋ、５０１Ｍ、５０１Ｃ、５０１Ｙの図中左側には光書込み装置５０２Ｋ、５０２Ｍ、５０２Ｃ、５０２Ｙを備えており、作像ユニット５０１Ｋ、５０１Ｍ、５０１Ｃ、５０１Ｙに転写材搬送ベルト５０３を挟んで対抗する転写ローラ５０９Ｋ、５０９Ｍ、５０９Ｃ、５０９Ｙを備えている。さらに、転写材搬送ベルト５０３の下方には記録体である転写材Ｐを収容する給紙装置５０５を備えており、転写材搬送ベルト５０３の上方には定着装置５０４を備えている。
【００１３】
ここで光書込み装置５０２Ｋ、５０２Ｍ、５０２Ｃ、５０２Ｙは画像情報に従って作像ユニット５０１Ｋ、５０１Ｍ、５０１Ｃ、５０１Ｙの帯電後の感光体１Ｋ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｙ表面に潜像を書き込むためのものであり、ポリゴンを用いた光走査装置やＬＥＤアレイ等、種々のものを使用することができる。
【００１４】
転写材搬送ベルト５０３は、搬送ローラ５１１、従動ローラ５１２及びテンションローラ５１３、５１４の間に架け渡され、搬送ローラ５１１の回転により矢印Ａ方向に無端移動する。そして、搬送ローラ５１１と対向して転写材Ｐを転写材搬送ベルト５０３上に吸着させるための吸着ローラ５１５を配置し、また、転写材搬送ベルト５０３の上方の定着装置５０４側には転写材搬送ベルト５０３にトナー像を形成したときのパターンを検出するＰセンサ５１６を配置している。
【００１５】
転写材搬送ベルト５０３を介して感光体１Ｋ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｙと対向する転写ローラ５０９Ｋ、５０９Ｍ、５０９Ｃ、５０９Ｙは、少なくとも芯金と芯金を被覆する導電性弾性層とを有している。導電性弾性層はポリウレタンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンポリエチレン（ＥＰＤＭ）等の弾性材料に、カーボンブラック、酸化亜鉛、酸化スズ等の導電性付与剤を配合分散して電気抵抗値（体積抵抗率）を１０６〜１０１０［Ω・ｃｍ］の中抵抗に調整した弾性体である。
【００１６】
定着装置５０４は、加熱ローラ５０４ａ及びこれに対向して加圧ローラ５０４ｂを備えている。
【００１７】
プリンタ５１０の通常の画像形成動作においては、給紙装置５０５から供給される記録用紙等の転写材Ｐは吸着ローラ５１５に所定の電圧が印加される事で転写部材である転写材搬送ベルト５０３に吸着させられる。転写材Ｐは転写材搬送ベルト５０３に担持された状態で転写材搬送ベルト５０３とともに移動し、移動中に作像手段である作像ユニット５０１Ｋ、５０１Ｍ、５０１Ｃ、５０１Ｙから順次各色のトナー像が転写され、転写材Ｐ上にカラーのトナー像が形成される。転写材Ｐが転写材搬送ベルト５０３を通過して定着装置５０４に到達すると、転写材Ｐ上のトナー像は加熱ローラ５０４ａおよび加圧ローラ５０４ｂに挟まれつつ加熱されることで転写材Ｐ上に定着され、転写材Ｐ上に可視像が形成される。その後、カラー画像が形成された転写材Ｐはプリンタ５１０本体の上部の排紙部５０７に排出される。
【００１８】
また、各色トナー像の色ずれやトナー濃度の調整を行なうモードにおいては、作像ユニット５０１Ｋ、５０１Ｍ、５０１Ｃ、５０１Ｙから転写材搬送ベルト５０３上に直接所定パターンのトナー像が形成され、Ｐセンサ５１６によってかかるトナーパターンが検出され、その検出結果に基づいて書込タイミングや現像バイアスの変更などが行なわれ、最適なカラー画像を得ることができる状態に調整させられる。転写材搬送ベルト５０３上のトナーパターンは吸着ローラ５１５に印加されたバイアスによって帯電極性を整えられた後、転写ローラ５０９Ｋ、５０９Ｍ、５０９Ｃ、５０９Ｙに印加された電圧によって作像ユニット５０１Ｋ、５０１Ｍ、５０１Ｃ、５０１Ｙに回収される。
【００１９】
次に、作像ユニット５０１Ｋ、５０１Ｍ、５０１Ｃ、５０１Ｙについて説明する。図２は、４つの作像ユニット５０１Ｋ、５０１Ｍ、５０１Ｃ、５０１Ｙのうちの一つを示す概略構成図である。４つの作像ユニット５０１Ｋ、５０１Ｍ、５０１Ｃ、５０１Ｙはそれぞれ扱うトナーの色が異なる点の他がほぼ同様の構成になっているので、同図では「５０１」に付すＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋという添字を省略している。作像ユニット５０１は像担持体としての感光体１、帯電手段としての接触帯電部材である帯電ローラ５３１、現像装置５４１及びクリーニング手段としてのクリーニング装置５５１を備えている。
なお、作像ユニット５０１は、プロセスカートリッジとしてプリンタ５１０本体に対して着脱可能な構成となっている。
【００２０】
図３は、プロセスカートリッジとしての作像ユニット５０１をプリンタ５１０本体からの取り外しを示す図である。図３に示すように、転写材搬送ベルト５０３がプリンタ５１０本体から開放退避することで、開放された空間から作像ユニット５０１が着脱可能となっており、ユーザーによる交換が可能となっている。
【００２１】
図２において、感光体１は負帯電の有機感光体であり、図示を省略した回転駆動機構によって図中の矢印Ｂ方向、すなわち反時計回り方向に回転されるようにして備えられている。
クリーニング装置５５１は感光体１の回転方向に対してカウンタ方向に当接するクリーニングブレード５５２と、クリーニングされたトナー粒子を廃トナーとして収納する廃トナー格納部５５３とを有する。
帯電ローラ５３１は、芯金５３１ａ上に、ウレタン樹脂、導電性粒子としてのカーボンブラック、硫化剤、発泡剤等を処方した中抵抗の発泡ウレタン層５３１ｂをローラ状に形成した可撓性のローラである。帯電ローラ５３１において芯金５３１ａ上に形成される中抵抗の発泡ウレタン層５３１ｂの材質としては、上述のものに限定するものではなく、ウレタン、エチレン−プロピレン−ジエンポリエチレン（ＥＰＤＭ）、ブタジエンアクリロニトリルゴム（ＮＢＲ）、シリコーンゴムや、イソプレンゴム等に抵抗調整のためにカーボンブラックや金属酸化物等の導電性物質を分散したゴム材や、またこれらを発泡させたものを用いることができる。
【００２２】
次に、作像プロセスの動作を説明する。
プリンタ５１０は、複写機およびプリンタとして機能する事ができる画像形成装置である。複写機として機能する際には不図示のスキャナから読み込まれた画像情報がＡ／Ｄ変換、ＭＴＦ補正、階調処理等の種々の画像処理を施されて書込みデータに変換される。プリンタとして機能する際には不図示のコンピュータ等から転送されるページ記述言語やビットマップ等の形式の画像情報に対して画像処理が施され書込みデータに変換される。
【００２３】
画像形成に先駆けて、感光体１は表面の移動速度が所定の測度となるように図２の矢印Ｂ方向すなわち反時計回り方向に回転を始める。また帯電ローラ５３１は感光体１に対してつれまわり回転する。このとき帯電ローラ５３１の芯金５３１ａには不図示の帯電バイアス印加電源から−１００［Ｖ］の直流電圧および振幅１２００［Ｖ］周波数２［ｋＨｚ］の交流電圧が印加され、これにより感光体１の表面が約−１００［Ｖ］に帯電させられる。
【００２４】
帯電させられ感光体１に対して光書込み装置５０２によって書込みデータに応じた露光を行われる。すなわち、光照射によって画像部の電位を変化させる事で光照射されなかった非画像部の電位との差を発生させ、この電位コントラストによる静電潜像を形成する。
【００２５】
光書込み装置５０２によって感光体１上に形成された静電潜像は現像装置５４１によって現像され、画像部にトナー粒子が付着することによってトナー像として感光体１上に可視化される。移相電界による現像ではトナー粒子が静電搬送ローラ２表面を跳びはねながら移動し、感光体１に近接した際に画像部に吸着するように付着して現像が行なわれる。プリンタ５１０では静電搬送ローラ２に−５０［Ｖ］、供給ローラ３に−２５０［Ｖ］の電圧が印加されることにより、供給ローラ３から静電搬送ローラ２、静電搬送ローラ２から感光体１上の画像部へとトナー粒子を導く電界が形成される。
【００２６】
感光体１上に形成させられたトナー像が転写ローラ５０９と感光体１との対向部である転写部に到達するのとタイミングを合わせて給紙装置５０５から転写材Ｐが搬送され、感光体１上のトナー像は転写ローラ５０９に印加された電圧により転写材Ｐへと転写される。トナー像が転写された定転写材Ｐは着装置５０４によって定着処理され、転写材Ｐ上にカラー画像が出力される。
【００２７】
一方、転写されずに感光体１上に残留したトナー（転写残トナー）はクリーニング装置５５１によって清掃され、清掃後の感光体１表面は次回の画像形成のために使用される。
【００２８】
次に、現像装置５４１について説明する。
図４は、現像装置５４１と感光体１との概略構成図である。
現像装置５４１は、磁性キャリアと非磁性トナーから成る二成分現像剤を用いる現像装置である。また、現像装置５４１は、粉体であるトナー粒子を搬送、現像、回収する電界を発生するための複数の電極を有するローラ状の静電搬送部材である静電搬送ローラ２を備えている。静電搬送ローラ２は、画像形成時には、感光体１に対して５０〜１０００［μｍ］、好ましくは１５０〜４００［μｍ］の間隙をあけて非接触に対向している。さらに、静電搬送ローラ２に対向し、静電搬送ローラ２に対してトナーを供給するトナー供給手段である供給ローラ３と、この供給ローラ３で供給するトナー及び磁性キャリアを収容する現像剤収容部４とを備えている。この場合、静電搬送ローラ２は感光体１及び供給ローラ３に対して径方向の反対側の領域で対向している配置としている。なお、静電搬送ローラ２は回転せず、外周面をトナーが図中矢印Ｄ方向方向に搬送電界（移相電界）によって搬送される。一方、供給ローラ３は図中矢印Ｃ方向に回転する。
【００２９】
現像剤収容部４は、２室に分けられており、各室は現像装置５４１内の両端部の図示しない現像剤通路によって連通している。この現像剤収容部４には二成分現像剤が収容されており、各室にある攪拌搬送スクリュー５Ａ、５Ｂによって攪拌されながら現像剤収容部４内を搬送されている。
【００３０】
また、現像剤収容部４には図示しないトナー収容部から現像剤を補給するためのトナー補給口６を設けている。そして、現像剤収容部４には現像剤の透磁率を検知する図示しないトナー濃度センサ（図示せず）が設置されており、現像剤の濃度を検知している。現像剤収容部４のトナー濃度が減少すると、トナー補給口６から現像剤収容部４にトナーが補給される。
【００３１】
供給ローラ３は、現像剤収容部４の攪拌搬送スクリュー５Ａと対向する領域に配置されている。供給ローラ３の内部には、固定された磁石が配置されており、供給ローラ３の回転と磁力によって、現像剤収容部４内の現像剤は供給ローラ３表面に汲み上げられる。
【００３２】
また、現像剤の汲み上げ領域より供給ローラ３の回転方向（矢示方向）下流側で静電搬送ローラ２との対向領域より上流側には、供給ローラ３と対向する領域に現像剤層規制部材７を設け、汲み上げ領域で汲み上げたれた現像剤を一定量の現像剤層厚に規制される。そして、現像剤層規制部材７を通った現像剤は供給ローラ３の回転に伴って、静電搬送ローラ２と対向する領域まで搬送される。
【００３３】
ここで、供給ローラ３には、第一電圧印加手段としての供給電源１１によって供給バイアスが印加されている。また、静電搬送ローラ２には、第二電圧印加手段としての搬送電源１２によって後述するように電極に電圧が印加されている。
【００３４】
これにより、供給ローラ３と静電搬送ローラ２とが対向する領域においては、供給電源１１及び搬送電源１２によって静電搬送ローラ２と供給ローラ３との間に電界が生じている。その電界からの静電気力を受け、トナーはキャリアから解離し、静電搬送ローラ２表面に移動する。そして、静電搬送ローラ２表面に達したトナーは、搬送電源１２が印加する電圧によって形成される搬送電界によって、静電搬送ローラ２表面上をホッピングしながら搬送される。
なお、粉体静電搬送装置であるトナー搬送装置は、現像装置５４１では静電搬送ローラ２と搬送電源１２とを含めた装置である。
【００３５】
次いで、感光体１と対向する領域まで搬送電界によって搬送されたトナーは、静電搬送ローラ２と感光体１上の画像部との間の現像電界によって、感光体１上に移動して感光体１上の潜像を可視像化（現像）する。
【００３６】
このように、磁性キャリアと非磁性のトナーから成る二成分現像剤を用いた現像装置５４１では、キャリアとの接触摩擦によってトナーが帯電するため、帯電が安定する。また、現像においてトナーの供給量が多いため、高速現像に適している。したがって、二成分現像剤を用いることによって、帯電の安定したトナーを大量にトナー搬送部材に供給することができる。
【００３７】
このような、静電搬送を用いた現像装置として、本発明者らがすでに提案しているものとして、ＥＨ（イーエッチ：Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ  Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ  ＆  Ｈｏｐｐｉｎｇ）現像がある。この現像を用いることによって、低電圧駆動で高い現像効率が得られる現像装置、この現像装置を備えたプロセスカートリッジ及び画像形成装置、低電圧駆動が可能で高い現像効率が得られる。しかも粉体の飛散を防止できる現像装置及び現像方法、この現像装置を備えたプロセスカートリッジ及び画像形成装置、この現像方法を行う画像形成方法が実現できた。ＥＨ現像装置においても、本発明のトナー搬送量検知装置を用いることで、より安定した現像を可能とする。
【００３８】
ここで、ＥＨ現象とは、粉体が移相電界のエネルギーを与えられ、そのエネルギーが機械的なエネルギーに変換されて、粉体自身が動的に変動する現象をいう。このＥＨ現象は、静電気力による粉体の水平方向の移動（搬送）と垂直方向の移動（ホッピング）を含む現象であり、静電搬送部材の表面を、移相電界によって粉体が進行方向の成分を持って飛び跳ねる現象であり、このＥＨ現象を用いた現像方式をＥＨ現像という。
【００３９】
なお、本明細書において、ＥＨ現象における搬送部材上の粉体の振る舞いを区別して表現する場合、基板水平方向への移動については、「搬送」、「搬送速度」、「搬送方向」、「搬送距離」という表現を使用する、また、基板垂直方向への飛翔（移動）については、「ホッピング」、「ホッピング速度」、「ホッピング方向」、「ホッピング高さ（距離）」という表現を使用し、搬送部材上での「搬送及びホッピング」は「移送」と総称する。さらに、搬送装置、搬送基板という用語に含まれる「搬送」は「移送」と同義である。
【００４０】
次に、静電搬送ローラ２について説明する。
図５は、静電搬送ローラ２の感光体１との対向部周辺の模式図である。静電搬送ローラ２は、支持基板１０１上に複数の電極１０２が所定の間隔Ｒで配置されている。プリンタ５１０では３相の駆動電圧が印加されており、電極１０２は印加される駆動電圧の位相の違いによって、第一電極１０２ａ、第二電極１０２ｂ及び第三電極１０２ｃと区別することができる。なお、第一電極１０２ａ、第二電極１０２ｂ及び第三電極１０２ｃを特に区別する必要なく説明するときには、電極１０２と記載する。また、静電搬送ローラ２は、電極１０２の上に静電搬送面１０３ａを形成する絶縁性の搬送面形成部材となり、電極１０２の表面を覆う保護膜となる、無機又は有機の絶縁性材料で形成した表面保護層１０３を積層したものである。
【００４１】
支持基板１０１としては、ガラス基板、樹脂基板或いはセラミックス基板等の絶縁性材料からなる基板、或いは、ＳＵＳなどの導電性材料からなる基板にＳｉＯ２等の絶縁膜を成膜したもの、ポリイミドフィルムなどのフレキシブルに変形可能な材料からなる基板などを用いることができる。
【００４２】
電極１０２は、支持基板１０１上にＡｌ、Ｎｉ−Ｃｒ等の導電性材料を０．１〜１０［μｍ］厚、好ましくは０．５〜２．０［μｍ］で成膜し、これを、フォトリソ技術等を用いて所要の電極形状にパターン化して形成している。これら複数の電極１０２の粉体進行方向における幅Ｌは移動させる粉体の平均粒径の１倍以上２０倍以下とし、かつ、電極１０２の粉体進行方向の間隔Ｒも移動させる粉体の平均粒径の１倍以上２０倍以下としている。
【００４３】
表面保護層１０３としては、例えばＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＴｉＯ４、ＳｉＯＮ、ＢＮ、ＴｉＮ、Ｔａ２Ｏ５などを厚さ０．５〜１０［μｍ］、好ましくは厚さ０．５〜３［μｍ］で成膜して形成している。
【００４４】
図５において各電極１０２から図中下方向にのびる線は各電極１０２に電圧を印加するための導電線を模式的にあらわしており、各線の重なる部分のうち黒丸で示した部分だけが電気的に接続されており、他の部分は電気的に絶縁状態である。静電搬送部材では各電極１０２に対しては、本体側の電源から複数相（ｎ相）の異なる駆動電圧が印加される。プリンタ５１０では３相の駆動電圧が印加される場合（ｎ＝３）について説明するが、本発明はトナー粒子が搬送される限りにおいてｎ＞２を満たす任意の自然数ｎについて適用可能である。
【００４５】
プリンタ５１０では、各電極１０２は現像装置側の第一接点Ｓ１１、第二接点Ｓ１２、第二接点Ｓ１３，第一現像接点Ｓ２１、第二現像接点Ｓ２２、または第三現像接点Ｓ２３のいずれかに接続されている。各接点は現像装置５４１がプリンタ５１０本体に装着された状態においては、それぞれ駆動波形Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ１３、Ｖ２１、Ｖ２２、Ｖ２３を与える本体側の電源１０４と接続される。
静電搬送ローラ２は、トナー粒子を感光体１の近傍まで移送し、また現像領域ｄを通過後の現像に寄与しなかったトナー粒子を回収する搬送領域と、感光体１の潜像にトナー粒子を付着させてトナー像を形成するための現像領域とに分けられる。現像領域ｄは感光体１に近接した領域のみに存在し、搬送領域は静電搬送ローラ２の周上、現像領域以外の全域に存在する。
以下、トナー粒子が位相電界によって移動可能な領域を「静電搬送面」と記す。プリンタ５１０の場合、静電搬送ローラ２の表面全体が静電搬送面である。
搬送領域では各電極１０２について、第一電極１０２ａには第一駆動波形Ｖ１１、第二電極１０２ｂには第二駆動波形Ｖ１２、第三電極１０２ｃには第三駆動波形Ｖ１３が印加される。また、現像領域ｄでは各電極１０２について、第一現像電極２０２ａには第一現像駆動波形Ｖ２１、第二現像電極２０２ｂには第二現像駆動波形Ｖ２２、第三現像電極２０２ｃには第三現像駆動波形Ｖ２３が印加される。
【００４６】
次に、静電搬送ローラ２におけるトナーの静電搬送の原理について説明する。
静電搬送ローラ２の複数の電極１０２に対してｎ相のパルス電圧を印加することにより、複数の電極１０２によって移相電界（進行波電界）が発生し、静電搬送ローラ２上の帯電したトナー粒子は反発力及び／又は吸引力を受けて移送方向に移動する。
【００４７】
図６は、静電搬送ローラ２の複数の電極１０２に対してグランドＧ（０Ｖ）と正の電圧＋との間で変化する、Ａ相、Ｂ相及びＣ相からなる３相のパルス状駆動波形を、タイミングをずらして印加した駆動波形の説明図である。また、図７は図６に示す駆動波形を印加した際の、連続する３つのタイミング（ａ）〜（ｂ）のときの複数の電極１０２に印加される極性の変化の説明する模式図である。
【００４８】
図７に示すように、静電搬送ローラ２上に負帯電トナー粒子Ｔがあり、あるタイミング（ａ）の状態では、静電搬送ローラ２の連続した複数の電極１０２にそれぞれ「Ｇ」、「Ｇ」、「＋」、「Ｇ」、「Ｇ」が印加されたとすると、負帯電トナー粒子Ｔは「＋」が印加された第一電極１０２ａ上に位置する。
次のタイミング（ｂ）では、複数の電極１０２にはそれぞれ「＋」、「Ｇ」、「Ｇ」、「＋」、「Ｇ」が印加される。具体的には第一電極１０２ａに印加される極性は「Ｇ」となり、第二電極１０２ｂに「＋」が印加される。負帯電トナー粒子Ｔには「Ｇ」の第一電極１０２ａとの間の反発力と、「＋」の第二電極１０２ｂとの間の吸引力とがそれぞれ作用するので、負帯電トナー粒子Ｔは「＋」の第二電極１０２ｂ側に移動する。
さらに、次のタイミング（ｃ）では、複数の電極１０２にはそれぞれ「Ｇ」、「＋」、「Ｇ」、「Ｇ」、「＋」が印加される。負帯電トナー粒子Ｔにはタイミング（ｂ）と同様に、「Ｇ」の第二電極１０２ｂとの間の反発力と「＋」の第三電極１０２ｃと野間の吸引力とがそれぞれ作用するので、負帯電トナー粒子Ｔは更に「＋」の第三電極１０２ｃ側に移動する。
【００４９】
図８は、移相電界によるトナーの移動についての詳細説明図である。
図８（ａ）に示すように、静電搬送ローラ２の電極Ａ〜Ｆがいずれも０Ｖ（Ｇ）で、静電搬送ローラ２上に負帯電トナーＴが載っている状態から、図８（ｂ）に示すように電極Ａ、Ｄに「＋」が印加されると、負帯電トナーＴは電極Ａ及び電極Ｄに吸引されて電極Ａ、Ｄ上に移る。
次のタイミングで、図８（ｃ）に示すように、電極Ａ、Ｄがいずれも「０」になり、電極Ｂ、Ｅに「＋」が印加されると、電極Ａ、Ｄ上のトナーＴは反発力を受けるとともに、電極Ｂ、Ｅの吸引力を受けることになって、負帯電トナーＴは電極Ｂ及び電極Ｅに移送される。
さらに、次のタイミングで、図８（ｄ）に示すように、電極Ｂ、Ｅがいずれも「０」になり、電極Ｃ、Ｆに「＋」が印加されると、電極Ｂ、Ｅ上のトナーＴは反発力を受けるとともに、電極Ｃ、Ｆの吸引力を受けることになって、負帯電トナーＴは電極Ｃ及び電極Ｆに移送される。このように進行波電界によって負帯電トナーは順次図において右方向に移送されることになる。
【００５０】
このように複数の電極１０２に電圧の変化する複相の駆動波形を印加することで、静電搬送ローラ２上には進行波電界が発生し、負帯電トナーはこの進行波電界の進行方向に移動する。なお、正帯電トナーの場合には駆動波形の変化パターンを逆にすることで同様に同方向に移動する。
【００５１】
次に、電源１０４について説明する。図９は、電源１０４（搬送電源１２）の模式図である。
この電源１０４は、パルス信号を生成出力するパルス信号発生回路１０５を備えている。また、このパルス信号発生回路１０５からのパルス信号を入力して駆動波形であるパルス状電圧Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ１３を生成出力する搬送波形増幅器１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃを備えている。さらに、パルス信号発生回路１０５からのパルス信号を入力して駆動波形Ｖ２１、Ｖ２２、Ｖ２３を生成出力する現像波形増幅器１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃを備えている。
【００５２】
パルス信号発生回路１０５は、例えばロジックレベルの入力パルスを受けて、各１２０［°］に位相シフトした２組みパルスで、次段の波形増幅器１０６ａ〜１０６ｃ、１０７ａ〜１０７ｃに含まれるスイッチング手段、例えばトランジスタを駆動して１００［Ｖ］のスイッチングを行うことができるレベルの出力電圧１０〜１５［Ｖ］のパルス信号を生成して出力する。
【００５３】
搬送波形増幅器１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃは、搬送領域の各電極１０２（第一電極１０２ａ、第二電極１０２ｂ、第三電極１０２ｃ）に対して、３相の駆動波形（駆動パルス）Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ１３を印加する。一方、現像波形増幅器１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃは、現像領域の各電極１０２（第一現像電極２０２ａ、第二現像電極２０２ｂ、第三現像電極２０２ｃ）に対して、３相の駆動波形（駆動パルス）Ｖ２１、ｖ２２、Ｖ２３を印加する。
【００５４】
図１０は、静電搬送ローラ２の電極１０２に印加されるＡ相駆動パルス電圧、Ｂ相駆動パルス電圧及びＣ相駆動パルス電圧の波形を示す波形図である。
ここでプリンタ５１０では、静電搬送ローラ２の搬送領域では、各電極１０２に対して図１０に示すように各相の＋１００［Ｖ］の印加時間ｔａを繰り返し周期ｔｆの１／３である約３３［％］に設定した（これを「搬送電圧パターン」という）３相の駆動波形（駆動パルス）Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ１３を印加する。この駆動波形は搬送領域においてトナー粒子を高速搬送させるのに適した波形である。
【００５５】
また、図１１は、静電搬送ローラ２の現像領域の電極１０２に印加されるＡ相駆動パルス電圧、Ｂ相駆動パルス電圧及びＣ相駆動パルス電圧の波形を示す波形図である。
現像領域では、各電極１０２に対して、図１１に示すように各相の＋１００［Ｖ］又は０［Ｖ］の印加時間ｔａを繰り返し周期ｔｆの２／３である約６７［％］に設定した（これを「現像電圧パターン」という）。このような３相の駆動パルスの第一現像駆動波形Ｖ２１、第二現像駆動波形Ｖ２２、第三現像駆動波形Ｖ２３を印加する。現像領域ではトナー粒子を積極的に像担持体に向かって打ち上げることが好ましく、図１１の駆動波形はトナー粒子を打ち上げるのに適している。
【００５６】
なお、現像電圧パターンの駆動波形を印加した場合でも、０［Ｖ］電極のセンターに位置したトナー以外は、横方向への力も受けるため、すべてのトナーがいっせいに高く打ち上げられるというものではなく、水平方向に移動するトナーもある。一方、搬送電圧パターンの駆動波形を印加した場合でも、トナーの位置によっては、大きな角度で斜めに打ち上げられて水平に移動するよりも上昇距離の方が大きいものがある。
したがって、搬送領域において各電極１０２に印加する駆動波形パターンは前述した図１０に示す搬送電圧パターンに限られるものではなく、また、現像領域の各電極１０２に印加する駆動波形パターンも前述した図１１に示す現像電圧パターンに限られるものではない。
【００５７】
ここまで複数相の駆動波形として３相の場合について説明したが、これをｎ相に一般化すると、次のようになる。各電極に対してｎ相（ｎは３以上の整数）のパルス状電圧（駆動波形）を印加して進行波電界を発生させる場合、１相あたりの電圧印加時間が｛繰り返し周期時間×（ｎ−１）／ｎ｝未満となる電圧印加デューティとすることによって、搬送、現像の効率を上げることができる。例えば、３相の駆動波形を用いる場合には、各相の電圧印加時間ｔａを繰り返し周期時間ｔｆの２／３である約６７［％］未満に設定し、４相の駆動波形を用いる場合には、各相の電圧印加時間を繰り返し周期時間の３／４である７５［％］未満に設定することが好ましい。
【００５８】
他方、電圧印加デューティは｛繰り返し周期時間／ｎ｝以上に設定することが好ましい。例えば、３相の駆動波形を用いる場合には、各相の電圧印加時間ｔａを繰り返し周期時間ｔｆの１／３である約３３［％］以上に設定することが好ましい。
【００５９】
すなわち、注目電極に印加する電圧と進行方向上流側隣接電極及び下流側隣接電極に印加する各電圧との間には、上流側隣接電極が反発、下流側隣接電極が吸引という時間を設定することによって、効率を向上することができる。特に、駆動周波数が高い場合は、｛繰り返し周期時間／ｎ｝以上で｛繰り返し周期時間×(ｎ−１)／ｎ｝未満の範囲内に設定することにより、注目電極上のトナーに対する初期速度が得られやすくなる。
【００６０】
このようにホッピングするトナーを、像担持体上の潜像に付着させる際、静電搬送部材に安定した搬送量を得、像担持体へのトナー付着量を安定させることが大きな課題となる。
ＥＨ現像は、現像領域内のトナーを像担持体上の潜像が形成する電界でひきつけ、像担持体に付着させるもので、現像領域内のトナーにはキャリア等に保持されたトナーが潜像に向かう場合に必要な、キャリア等との付着力に打ち勝つための力は必要なく、電界に対して敏感に反応する現像方式である。
【００６１】
図１２はＥＨ現像を用いた現像装置における現像領域へのトナーの搬送量と像担持体上へのトナーの付着量との関係を示すグラフである。図１２において、横軸が現像領域へのトナーの一秒あたり単位幅あたりの搬送量、縦軸が像担持体上にベタの潜像を作り現像させた場合の、像担持体上トナーの単位面積あたりの付着量である。
トナー付着量は潜像を埋めるだけの電荷量のトナーが付着し、ａの付着量で飽和する。飽和に達するまで、搬送量の増加とともに付着量は直線的に増加している。したがって、搬送量の変動によりトナー付着量は変化してしまうため、搬送量を検知・コントロールし、トナー付着量をコントロールすることが重要である。
【００６２】
なお、搬送基板上のトナーの搬送量を検知するにあたり、感光体上にトナーパターンを形成し、検知する方法には従来の現像方式の装置での問題点と同様に、以下のような問題点がある。すなわち、感光体上のトナーの付着量は、トナーの搬送量のみならず、感光体の静電特性、帯電、露光の状態、等により影響される。トナーを検知のために消費するため、クリーニングへの負荷、トナーのイールド等に悪影響を与える。感光体径が小さい場合、センサを感光体の周の一部に配置することが困難になる等の問題点である。
そこで、プリンタ５１０では、静電搬送部材上でトナーの搬送量を検知する構成を採用している。
【００６３】
次に、静電搬送部材である静電搬送ローラ２の搬送量を検知する構成について説明する。
図１３は、トナー搬送量検知手段である搬送量センサを設けた現像装置５４１の概略構成図である。
図１３において、光源である第一光照射部３０Ａと第一受光部３０Ｂとからなる第一搬送量センサ３０は、静電搬送ローラ２の表面を挟んだ位置に、第一光照射部３０Ａと第一受光部３０Ｂとを設置している。さらに、静電搬送ローラ２の第一光照射部３０Ａと第一受光部３０Ｂとによって挟まれた部分は、第一光照射部３０Ａから照射される光を透過する部材からなる光透過部となっている。そして、静電搬送ローラ２上のトナーの搬送量が多くなると、受光部に入射する光の光量が減少する。
【００６４】
図１３に示す現像装置５４１では、静電搬送ローラ２の感光体１との対向部よりもトナー搬送方向上流側に設けた第一搬送量センサ３０だけでなく、感光体１との対向部よりもトナー搬送方向下流側に設けた第二搬送量センサ３１を備えている。第二搬送量センサ３１は第一搬送量センサ３０と同様に、光源である第二光照射部３１Ａと第二受光部３１Ｂとからなり、静電搬送ローラ２の表面を挟んだ位置に、第二光照射部３１Ａと第二受光部３１Ｂとを設置している。
【００６５】
なお、図１３で示す現像装置５４１では、搬送量センサとしては光透過式のもので、光源と受光部とでトナーが搬送される部分を挟むように配置したが、搬送量センサとしてはこれに限るものではない。搬送量センサとして反射式のものを使用し、トナー搬送部材上のトナー層の上から光をあて、同じく上部に配置した受光部で検知する方法も可能である。
透過式の測定を行う場合、搬送部材は光を透過する樹脂等で構成されている必要があり、反射式の場合トナーのある場合とない場合との信号の差が十分な材料を選択する必要がある。
【００６６】
次に、搬送量センサによって検知されたトナーの搬送量に基づいて、静電搬送ローラ２上に供給されるトナー量を変化させる構成について説明する。
図１４は、トナー量と信号出力、供給能力とトナー量との関係を示す図である。図１４（ａ）は、静電搬送ローラ２上のトナー搬送量（縦軸）に対する検知信号の値（横軸）を示しており、図１４（ｂ）は、トナー供給能力（横軸）に対する静電搬送ローラ２上のトナーの搬送量を示している。
【００６７】
トナー供給能力は、静電搬送ローラ２へのトナーの供給に関する種種のパラメータにより決定されるものである。図１３に示すような構成のトナー供給を行う場合には、供給ローラ３の回転数、供給ローラ３への印加電圧、供給ローラ３と静電搬送ローラ２とのＧＡＰ等を調節することによりトナー搬送量を調節することができる。
初期の検知信号が図１４（ａ）中の「ａ」であり、ある時点での検知信号を「ｂ」だったとすると、搬送トナー量は「ｃ」から「ｄ」に減少したことになる。このとき、供給部では現像により使用されたトナー分「ｃ−ｄ」を補充供給する必要があり、そのため供給能力を「ｆ」とする。
初期のトナー供給は図１４（ｂ）中の「ｅ」と示してある。供給能力の設定は、「０」から「ｅ」の間で、消費トナー量に応じて変化させる。また、初期の状態へ戻す制御だけではなく、状態により狙いの搬送量を変化させるようなコントロールも可能である。
【００６８】
図１３で示した第一搬送量センサ３０及び第二搬送量センサ３１のように、現像領域を挟んで両側に搬送トナー量を検知するセンサを設けることで、両センサからの出力を比較し現像で消費されたトナーの量を検知することが可能である。
また、２つ以上のセンサを持たなくても、トナーを現像に使用した場合としない場合との信号を比較することで消費されたトナー量を知ることができる。
【００６９】
図１５は、現像領域のトナー搬送方向下流側に設置した第二搬送量センサ３１の第二受光部３１Ｂの信号の一例を示している。
供給バイアスは、図１３の供給電源１１から供給ローラ３に印加される印加バイアスの出力信号で、Ｌの場合にバイアスをＯＮしトナーが静電搬送ローラ２に供給されている。
時間ｔ１は供給バイアスがＯＮしてから静電搬送ローラ２上をトナーがホッピング移動し、センサ位置に到達するまでの時間を示している。また静電搬送ローラ２上をホッピングするトナーが現像位置に到達したのち、感光体１上の画像を現像するので、トナーを示す信号の先端には、必ず現像に使用されない領域（ｔ２）のトナー信号（ｈ１）が存在しトナーが使用された部分でのトナー信号（ｈ２）と比較することで、使用されたトナー量を検知できる。
このトナー消費量に基づいて、供給能力をコントロールすることで、搬送基板上に適正な量のトナーを保持することが可能である。
【００７０】
次に供給量のコントロール方法の一例について説明する。
図１６は、センサ出力に応じて搬送量をコントロールする制御のフローチャートである。
コントロールの方法は、種種の方法が選択可能であるが、図１６では供給量コントロールの１回での変化幅Ｐを固定し、センサ部からの入力信号Ｓを目標値Ｔ１と比較して小さい場合には供給量をＰだけ増加させるようにした。
このコントロールは所定のタイミングで行われる。このコントロール方法では、搬送量の急激な変化が避けられ、画像濃度の連続性が良好となる。図１６では目標値Ｔ１を一定とした制御について示したが、あらかじめ画像の種類設定濃度等の情報に応じて、目標値Ｔ１を変化させてもよい。たとえば写真原稿の場合、文字原稿と比較し大きい値としたりすることで、適正な状態にコントロールしやすくできる。
【００７１】
次に、トナー搬送量を検知するセンサからの未現像の搬送量検知信号と、現像後の搬送量検知信号とから供給量を決定する場合のコントロール方法の一例について説明する。
図１７は、未現像の搬送量検知信号と、現像後の搬送量検知信号に応じて搬送量をコントロールする制御のフローチャートである。
図１７では、比較信号Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３（Ｒ１＜Ｒ２＜Ｒ３）と比較することで、現像に使用されたトナー量のレベルを４レベルに分離し、それぞれに補給量をＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４としている。比較信号Ｒ１〜Ｒ３、補給量Ｐ１〜Ｐ４は種種の設定が可能で、環境条件、画像条件等により変化可能であり、設定値テーブルを参照するようにして、決定することもコントロールの簡易化に有効である。
【００７２】
また、トナーの搬送速度の検知することは、基板やトナーの状態を知るのに有効である。具体的には搬送速度ｖは、電極のピッチ、駆動電圧の周波数、相数ｎにより決まるが、トナーの劣化や基板表面の劣化、環境湿度の変化等で基板とトナーとの付着力が強くなってしまうと、標準的な速度より遅くなる。この現象を利用して、速度の検知により劣化を判断できる。
【００７３】
図１８は、トナーの搬送速度を測定するための信号の測定例である。
この測定では、搬送電源１２をＯＮして搬送電圧を印加した状態で、１秒間のみ供給電源１１をＯＮにして供給ローラ３に供給バイアスを印加して、トナーを搬送させた状態の第一搬送量センサ３０と第二搬送量センサ３１との検知結果を示している。第一受光部３０Ｂで検出された信号が信号１、第二受光部３１Ｂで検出された信号が信号２である。
谷の深さｈがトナーの量を示しており、両検知部の間隔ｄを信号１でトナーを検出したタイミングと信号２でトナーを検出したタイミングとの間の時間ｔで割ったものが、トナーの速度である。
信号間の時間間隔ｔを計算する際には、図に示したように、各センサからの出力を閾値と比較することで、トナーの到達した時間をことで数値化する。実際の現像時のように連続的にトナーが搬送されている場合でも、信号のレベルによってトナーの搬送量を知ることができる。
【００７４】
［実験例］
図１に示すプリンタ５１０を用いて、画像の種類及び供給方法を異ならせた実験条件で、経時のプリント濃度の変化を確認した。
実験１は、単色の画像を出力しておこなった。具体的にはマゼンタのユニットのみ作像動作をさせ、他の色のユニットはマゼンタの画像に影響のない状態としてある。像担持体は−２００［Ｖ］に帯電したのち、像担持体をレーザーで露光することで選択的に帯電電位を減衰させ、潜像を形成する。最も減衰した状態で像担持体の電位は−４０［Ｖ］であった。像担持体は、３０［ｍｍ／ｓ］の速度で回転させる。搬送電極には０〜−１００［Ｖ］の交番電圧を印加し、周波数を４［ｋＨｚ］とした。連続プリントし、プリント画像濃度を測定した。
実験条件を表１に示す。
【００７５】
【表１】
2007033863.tif 000003
【００７６】
図１９は、実験１の結果を示すグラフである。
図１９に示すように、トナーの搬送量に対応した供給量コントロールを行わないで、３ドット間隔で１ドットを埋める１バイ３のドットの画像を形成し連続してプリントを行った条件Ａでは、プリント枚数とともに画像濃度が増加してしまった。
一方、一旦供給量を１バイ３のプリント時に画像濃度が増加しない値に調節しプリントを行った条件Ｂでは、画像濃度は安定していた。
条件Ｂと同じ供給方法で１００［％］ベタの画像をプリントした条件Ｃでは、すぐに画像濃度が減少してしまい、十分なベタ濃度を得ることはできなかった。
一方、トナー量検知部からの出力信号が目標のトナー量に相当する値となるように供給バイアスを調整し画像をプリントした条件Ｄでは、ベタ画像両方とも良好な画像濃度を保つことが可能であった。また、同様の供給量の制御でドット画像も良好であった。
【００７７】
以上、実施形態１によれば、粉体であるトナーを静電力で搬送、ポッピングさせるための電界を発生させる複数の電極を有する粉体搬送部材としての静電搬送ローラ２を備える静電搬送装置において、静電搬送ローラ２上を移動するトナーの量を検知する粉体量検知手段である第一搬送量センサ３０及び第二搬送量センサ３１を、静電搬送ローラ２上に設けたことでトナーの搬送量の検知精度を向上し、必要以上のトナーを像担持体である感光体１上に付着させる必要がないため無駄に消費されるトナー量を少なくすることが可能となる。
また、潜像担持体である感光体１に対向して配置され、前記トナーを移動させる進行波電界を発生させるための複数の電極を備えた静電搬送ローラ２及び搬送電源１２からなるトナー搬送手段を備え、感光体１上にトナーを付着させて感光体１上の潜像を現像する現像装置５４１において、静電搬送ローラ２上を移動するトナーの量を検知するトナー搬送量検知手段である第一搬送量センサ３０及び第二搬送量センサ３１を、静電搬送ローラ２上に設けたことで、静電搬送ローラ２上のトナー量を直接検知することができるようになる。そして、直接検知することにより、静電搬送ローラ２上のトナーの搬送量の検知精度を向上することが可能となる。
また、トナー搬送量検知手段として光源および光量を検知する部材からなり、光量を検知する手段によって検知される光量は、トナーの移動量に依存するように配置された第一搬送量センサ３０及び第二搬送量センサ３１を用いることで簡易な方法でトナーの搬送量を検知可能となる。
また、静電搬送ローラ２は、前記光源から照射される光の少なくとも一部を透過するものであり、光源としての第一光照射部３０Ａ及び第二光照射部３１Ａと光量を検知する手段である第一受光部３０Ｂ及び第二受光部３１Ｂとは、トナー搬送部材を挟んで対向する位置に配置されることで簡易な方法でトナの搬送量を検知可能となる。
また、搬送電極である電極１０２に対して、上記潜像担持体上の上記潜像が担持された画像部に対しては上記トナーが該潜像担持体側に向かい、該潜像担持体上の非画像部に対しては該トナーが該潜像担持体側とは反対側に向かう方向の電界を形成する複数相（現像装置５４１では３相）の電圧を印加することで、良好な現像が可能となる。
また、現像装置５４１では、トナー搬送量検知手段である第一搬送量センサ３０及び第二搬送量センサ３１の検知結果に基づいて、トナー搬送手段である静電搬送ローラ２上に供給するトナー量を調節することで、現像領域に安定した量のトナーを供給することができ、安定した画像濃度を得ることができるようになる。
また、第二搬送量センサ３１を静電搬送ローラ２の感光体１との対向位置よりもトナー搬送方向下流側に設けることによって、現像に使用されたトナー量を検知することができ、現像状態を把握することが可能となる。
また、現像に使用された現像トナー量を検知し、該現像トナー量に基づいて上記トナー搬送手段に供給するトナーの量を調節することにより、安定した現像状態を維持することが可能となる。
また、画像形成装置としてのプリンタ５１０の現像手段として、静電搬送部材である静電搬送ローラ２の搬送量を検知し、その検知結果に基づいて、静電搬送ローラ２へのトナーの供給を制御する現像装置５４１を用いることにより、安定した画像形成を行うことができる。
【００７８】
［変形例１］
尚、実施形態１では、磁性キャリアと非磁性トナーから成る二成分現像剤を用いる現像装置を用いていたが、静電搬送部材上でトナーの搬送量を検知する構成は、一成分現像剤を用いる現像装置にも適用することが可能である。
以下、変形例１として、静電搬送部材上でトナーの搬送量を検知する構成を適用可能な一成分現像剤を用いる現像装置について説明する。
【００７９】
図２０は、変形例１に係る現像装置５４１と感光体１との概略構成図である。
図２０に示す現像装置５４１は、非磁性トナーから成る一成分現像剤を用いる現像装置である。また、現像装置５４１は、粉体であるトナー粒子を搬送、現像、回収する電界を発生するための複数の電極を有するローラ状の静電搬送部材である静電搬送ローラ２を備えている。静電搬送ローラ２は、画像形成時には、感光体１に対して５０〜１０００［μｍ］、好ましくは１５０〜４００［μｍ］の間隙をあけて非接触に対向している。さらに、静電搬送ローラ２に対向し、静電搬送ローラ２に対してトナーを供給するトナー供給手段である供給ローラ３と、この供給ローラ３で供給するトナーを収容するトナー収容部１４とを備えている。この場合、静電搬送ローラ２は感光体１及び供給ローラ３に対して径方向の反対側の領域で対向している配置としている。なお、静電搬送ローラ２は回転せず、外周面をトナーが図中矢印Ｄ方向方向に搬送電界（移相電界）によって搬送される。一方、供給ローラ３は図中矢印Ｃ方向に回転する。
【００８０】
トナー収容部１４にはトナー補給ローラ１５Ａ、１５Ｂを備え、トナーはトナー補給ローラ１５Ａと供給ローラ３とによる摩擦帯電などによって、静電気力によって供給ローラ３上に汲み上げられる。そして、供給ローラ３上のトナーは現像剤層規制部材７によって薄層化され、供給ローラ３の回転に伴って静電搬送ローラ２と対向する領域に搬送される。
【００８１】
供給ローラ３には、第一電圧印加手段としての供給電源１１によって供給バイアスが印加されている。また、静電搬送ローラ２には、第二電圧印加手段としての搬送電源１２によって後述するように電極に電圧が印加されている。なお、供給電源１１及び搬送電源１２によって印加する電圧については実施形態１と同様である。
【００８２】
これにより、供給ローラ３と静電搬送ローラ２とが対向する領域においては、供給電源１１及び搬送電源１２によって静電搬送ローラ２と供給ローラ３との間に電界が生じている。その電界からの静電気力を受け、トナーは供給ローラ３表面から解離し、静電搬送ローラ２表面に移動する。そして、静電搬送ローラ２表面に達したトナーは、搬送電源１２が印加する電圧によって形成される搬送電界によって、静電搬送ローラ２表面上をホッピングしながら搬送される。
【００８３】
そして、感光体１と対向する領域まで搬送電界によって搬送されたトナーは、静電搬送ローラ２と感光体１上の画像部との間の現像電界によって、感光体１上に移動して感光体１上の潜像を可視像化（現像）する。
【００８４】
以上、変形例１のように、現像剤として、トナーから成る一成分現像剤を用いることもできる。二成分現像剤の場合、現像剤担持体の回転や磁気穂がトナー搬送部材に衝突する衝撃によって、磁気穂を形成しているキャリアの一部が切れてトナー搬送部材に移動し、供給部でトナー搬送部材の表面に付着してしまうおそれがある。これに対し、一成分現像剤の場合、キャリアを用いていないので、トナー搬送部材表面へのキャリアの付着という問題は起こらず、また、一成分現像剤の場合、現像剤収容部が簡単な構成となるため、現像装置を小型化・低コスト化することができる。
【００８５】
［変形例２］
また、実施形態１では、各トナー毎に対応する像担持体である感光体１を設け、転写材Ｐ上で４色のトナー像を重ねる構成であったが、一つの像担持体上に４色のトナー像を重ねて現像し、像担持体上から一度に転写材Ｐに転写する構成を採用してもよい。
以下、変形例２として、一つの像担持体上で４色のトナー像を重ねて現像し、転写材に転写する画像形成装置について説明する。
【００８６】
図２１は、変形例２に係る画像形成装置としてのプリンタ５１０の概略構成図である。
なお、図２に示す実施形態１のプリンタ５１０と同じ機能を果たす要素については同じ符号を付して、特に必要がない限りその説明は省略する。
図２１に示すプリンタ５１０では、負帯電の有機感光体をベルト形状に構成した感光体ベルト５６１を備え、この感光体ベルト５６１は、感光体駆動ローラ５６２、感光体従動ローラ５６３及び一括転写対向ローラ５６４間に架け渡され、図示しない回転駆動機構によって図中矢印Ｅ方向に周回移動される。
【００８７】
この感光体ベルト５６１には、感光体ベルト５６１を帯電させる帯電装置としての帯電チャージャ５６５Ｋ、５６５Ｍ、５６５Ｃ、５６５Ｙと、感光体ベルト５６１上の静電潜像を現像する現像装置５４１を備えた現像カートリッジ５６６Ｋ、５６６Ｍ、５６６Ｃ、５６６Ｙとが、それぞれ各色ごとに対向している。そして、感光体ベルト５６１の移動にしたがって順次トナー像を感光体ベルト５６１上に重ねていくように構成されている。なお、現像装置５４１は、実施形態１と同様に静電搬送部材である静電搬送ローラ２の搬送量を検知する構成である。
【００８８】
また、現像カートリッジ５６６Ｋ、５６６Ｍ、５６６Ｃ、５６６Ｙの静電搬送ローラ２に感光体ベルト５６１を挟んで対向する位置に現像対向ローラ５６７Ｋ、５６７Ｍ、５６７Ｃ、５６７Ｙを配置している。さらに、一括転写対向ローラ５６４に感光体ベルト５６１を挟んで対向する位置に一括転写ローラ５６８を配置している。
【００８９】
帯電手段としての帯電チャージャ５６５は感光体ベルト５６１の表面を一様帯電させるためのものであり、図２１に示すプリンタ５１０ではコロナ帯電方式を採用している。コロナ帯電のように非接触の帯電手段を用いれば、上流側の現像カートリッジ５６６によって形成されたトナー像を乱すことなく感光体ベルト５６１を帯電させることができる。
【００９０】
画像形成時には、帯電チャージャ５６５によって感光体ベルト５６１表面が一様に帯電させられる。すでに感光体ベルト５６１上にトナー像が形成されている場合でも、トナー像を含め感光体ベルト５６１の表面が一様帯電させられる。次いで、光書込み装置５０２から画像情報に応じた光ビームが照射される。光ビームは帯電チャージャ５６５と現像カートリッジ５６６の間を通過するため、すでに一様帯電させられた感光体ベルト５６１に対して光ビームが照射されることとなり、負帯電性の感光体である感光体ベルト５６１の表面では画像部に対応する領域が除電されて潜像が形成される。
【００９１】
現像カートリッジ５６６は実施形態１の現像装置５４１と同様に感光体ベルト５６１上に形成された潜像の画像部にトナー粒子を付着させ、潜像をトナー像として可視化する。以上の帯電、光ビーム照射、現像の工程が前述のように各現像カートリッジとの対向部において繰り返され、感光体ベルト５６１上に４色のトナー像が重ねられたフルカラー画像が形成される。
【００９２】
一方、給紙装置５０５から送られた転写材Ｐが感光体ベルト５６１と一括転写ローラ５６８との接触部へと搬送され、この接触部において感光体ベルト５６１上に形成されたフルカラー画像が一括転写ローラ５６８に印加された電圧によって転写材Ｐ上に転写される。その後、転写材Ｐは定着装置５０４に到達すると、転写材Ｐ上のトナー像は加熱ローラ５０４ａ及び加圧ローラ５０４ｂに挟まれつつ加熱されることで転写材Ｐ上に定着させられ、転写材Ｐ上にフルカラーの可視像が形成される。
【００９３】
なお、ブラック、マゼンタ、シアン、イエローのトナー像を現像するための現像カートリッジ５６６Ｋ、５６６Ｍ、５６６Ｃ、５６６Ｙは、実施形態１の作像ユニット５０１と同様にプロセスカートリッジとしてプリンタ５１０本体から着脱可能となっている。
図２２は、プロセスカートリッジとしての現像ユニット５６６をプリンタ５１０本体からの取り外しを示す図である。図２２に示すように、感光体ベルト５６１がプリンタ５１０本体から開放退避することで、開放された空間から現像ユニット５６６が着脱可能となっており、ユーザーによる交換が可能となっている。
なお、本発明は、図１及び図２１で示した画像形成装置に限らず、中間転写ベルト、転写ドラム、中間転写ドラムなどを用いたカラー画像形成装置、モノクロ画像形成装置などにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】第１実施形態に係るプリンタの概略構成図。
【図２】同プリンタの作像ユニットの概略構成図。
【図３】同プリンタの作像ユニット着脱の説明図。
【図４】同プリンタに係る現像装置と感光体との概略構成図。
【図５】静電搬送ローラの感光体との対向部周辺の模式図。
【図６】３相のパルス状駆動波形を、タイミングをずらして印加した駆動波形の説明図。
【図７】連続する３つのタイミングのときの複数の電極に印加される極性の変化の説明する模式図。
【図８】移相電界によるトナーの移動についての詳細説明図。
【図９】搬送電源の模式図。
【図１０】静電搬送ローラの電極に印加される３相駆動パルス電圧の波形を示す波形図。
【図１１】静電搬送ローラの現像領域の電極に印加される３相駆動パルス電圧の波形を示す波形図。
【図１２】トナーの搬送量と像担持体上へのトナーの付着量との関係を示すグラフ。
【図１３】搬送量センサを設けた現像装置の概略構成図。
【図１４】トナー量と信号出力、及び供給能力とトナー量の関係を示す図。（ａ）は、トナー量と信号出力との関係を示すグラフ、（ｂ）は、供給能力とトナー量との関係を示すグラフ。
【図１５】現像領域のトナー搬送方向下流側に設置した搬送量センサの信号の一例を示す図。
【図１６】供給量のコントロールの方法を示すフローチャート。
【図１７】未現像の搬送量検知信号と、現像後の搬送量検知信号に応じて搬送量をコントロールする制御のフローチャート。
【図１８】トナーの搬送速度を測定するための出力信号を示す図。
【図１９】実験１の結果を示すグラフ。
【図２０】変形例１に係る搬送量センサを設けた現像装置の概略構成図。。
【図２１】変形例２に係るプリンタの概略構成図。
【図２２】変形例２のプリンタの現像ユニット着脱の説明図。
【符号の説明】
【００９５】
１        感光体
２        静電搬送ローラ
３        供給ローラ
４        現像剤収容部
６        トナー補給口
７        現像剤層規制部材
１１      供給電源
１２      搬送電源
３０      第一搬送量センサ
３１      第二搬送量センサ
１０１    支持基板
１０２    電極
１０２ａ  第一電極
１０２ｂ  第二電極
１０２ｃ  第三電極
１０３    保護層
１０３ａ  静電搬送面
１０４    電源
１０５    パルス信号発生回路
１０６    搬送波形増幅器
１０７    現像波形増幅器
２０２ａ  第一現像電極
２０２ｂ  第二現像電極
２０２ｃ  第三現像電極
５０１    作像ユニット
５０２    光書込み装置
５０３    転写材搬送ベルト
５０４    定着装置
５０５    給紙装置
５０７    排紙部
５０９    転写ローラ
５１０    プリンタ
５１１    搬送ローラ
５１２    従動ローラ
５１５    吸着ローラ
５１６    Ｐセンサ
５４１    現像装置
５６１    感光体ベルト
５６２    感光体駆動ローラ
５６３    感光体従動ローラ
５６８    一括転写ローラ
【図１】
2007033863.tif 000004
【図２】
2007033863.tif 000005
【図３】
2007033863.tif 000006
【図４】
2007033863.tif 000007
【図５】
2007033863.tif 000008
【図６】
2007033863.tif 000009
【図７】
2007033863.tif 000010
【図８】
2007033863.tif 000011
【図９】
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【図１０】
2007033863.tif 000013
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2007033863.tif 000017
【図１５】
2007033863.tif 000018
【図１６】
2007033863.tif 000019
【図１７】
2007033863.tif 000020
【図１８】
2007033863.tif 000021
【図１９】
2007033863.tif 000022
【図２０】
2007033863.tif 000023
【図２１】
2007033863.tif 000024
【図２２】
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